説明

シリコンウェーハ及びその製造方法、並びに、半導体デバイスの製造方法

【課題】デバイスプロセスにてLSA処理を行った場合であっても転位の発生を防止することが可能なエピタキシャルウェーハを提供する。
【解決手段】窒素濃度が1×1012atoms/cm以上、又は、ボロンドープによって比抵抗が20mΩ・cm以下に設定されたウェーハ本体11と、ウェーハ本体11の表面に設けられたエピタキシャル層12とを備える。ウェーハ本体11は、750℃で4時間の熱処理を行った後、1000℃で4時間の熱処理を行った場合に、板状酸素析出物よりも多面体酸素析出物が優勢に成長する。これにより、デバイスプロセスにおいて板状酸素析出物が形成されにくいことから、デバイスプロセスにて種々の熱履歴を経た後にLSA処理を行った場合であっても、酸素析出物を起点とした転位の発生を防止することが可能となる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はシリコンウェーハ及びその製造方法に関し、特に、LSA(Laser Spike Anneal)処理を含むデバイスプロセスに供せられるシリコンウェーハ及びその製造方法に関する。また、本発明は半導体デバイスの製造方法に関し、特に、LSA処理を含む半導体デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体デバイスの製造プロセス(いわゆるデバイスプロセス)においては、シリコンウェーハに対して種々の熱処理が行われる。例えば、MOSトランジスタのソース/ドレイン領域を形成する場合、シリコンウェーハにドーパントをイオン注入した後、ドーパントを活性化させるためのアニールが行われる。ドーパントを活性化させるためのアニールとしては、ランプ炉などを用いてウェーハの全面を加熱する方法が一般的に用いられている。
【0003】
しかしながら、近年においては、MOSトランジスタのチャネル長が非常に短く設計されることから、短チャネル効果によるサブスレッショールド電流の増大が問題となっている。短チャネル効果を抑制するためには、急峻な不純物プロファイルを有する極浅接合によってソース/ドレイン領域を形成することが有効であり、このような極浅接合を得るためのアニール方法としてLSA(Laser Spike Anneal)処理が注目されている。
【0004】
LSA処理は、ランプ炉などを用いてウェーハの全面を加熱する方法とは異なり、数mm程度のビーム径を有するレーザ光によってウェーハをスキャンすることにより行われる。これにより、レーザ光が照射された領域はミリ秒又はそれ以下のオーダーで1000℃以上、融点(1414℃)以下の温度に達するため、急峻な不純物プロファイルを得ることが可能となる。しかしながら、LSA処理においては、ウェーハの厚み方向のみならず、面内方向においても急峻な温度勾配が形成されることから、ウェーハの内部に強い熱応力が生じる。ウェーハの内部に強い熱応力が生じると、酸素析出物を起点として転位が生じることがある。デバイスプロセスにて転位が発生すると、転位発生の前後においてアライメントのズレが生じるため、フォトリソグラフィ工程においていわゆるオーバーレイエラー(Overlay Error)が生じてしまう。
【0005】
酸素析出物を起点とした転位の発生を防止する方法としては、特許文献1〜3に開示された方法が知られている。特許文献1には、シリコンウェーハに炭素を含有させることによって酸素析出物の形状を板状ではなく多面体とし、これによって熱応力による転位の発生を防止する方法が開示されている。また、特許文献2には、シリコンウェーハの表層から深さ25μm〜100μmの領域については光散乱欠陥をゼロとし、深さ100μmの領域については光散乱欠陥を多量に含ませる方法が開示されている。さらに、特許文献3には、熱処理時における酸素析出物のサイズ及び密度と、熱処理によって加えられる熱応力とを所定の範囲に設定する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開平10−150048号公報
【特許文献2】特開2008−205024号公報
【特許文献3】再表2006−3812号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
他方、シリコンウェーハの中には、表面にエピタキシャル層が形成されたエピタキシャルウェーハがある。エピタキシャルウェーハのゲッタリング能力を高めるためには、ウェーハ本体に窒素やボロンを高濃度に含有させることが有効である。
【0008】
しかしながら、窒素やボロンが高濃度にドープされたウェーハは、通常のウェーハと比べると、デバイスプロセスにおいて酸素析出物が非常に形成されやすい。これは、窒素やボロンが析出核の安定性を増大させる効果があるためである。したがって、このようなエピタキシャルウェーハをデバイスプロセスに投入すると、デバイスプロセスに含まれる750℃程度の低温処理によって板状の微細析出物が容易に形成され、これに続いて1000℃程度の熱処理が行われると、微細析出物が成長して大きな板状酸素析出物となる。このようにして板状酸素析出物が成長した状態でLSA処理を行うと、酸素析出物を起点として容易に転位が発生し、これがエピタキシャル層にまで達するという問題があった。LSA処理時に転位が容易に発生するのは、他の熱処理と比べてLSA処理においては非常に強い熱応力が局所的に加えられるからである。
【0009】
このような問題は、上述した特許文献1〜3に記載された方法では必ずしも解決することはできない。
【0010】
つまり、特許文献1には、シリコンウェーハに炭素を含有させることによって酸素析出物の形状を多面体とすることができると記載されているが、エピタキシャルウェーハのように窒素やボロンが高濃度にドープされたウェーハ本体において有効であるか否かは不明である。しかも、特許文献1は、[0004]段落の記載から明らかなように、バッチ炉などを用いて熱処理を行うことを想定しており、LSA処理のようにウェーハの厚み方向及び面内方向に強い熱応力が生じるケースについては想定していない。このため、窒素やボロンが高濃度にドープされたエピタキシャルウェーハに対してLSA処理を行う場合、特許文献1に記載された方法では転位の発生を防止することは困難であると考えられる。
【0011】
特許文献2及び3についても同様であり、上記のエピタキシャルウェーハに対してLSA処理を行った場合に転位の発生を防止できるか否かは不明であり、おそらくは防止できないものと考えられる。
【0012】
したがって、本発明の目的は、窒素やボロンが高濃度にドープされたウェーハ本体を有するエピタキシャルウェーハ及びその製造方法であって、デバイスプロセスにてLSA処理を行った場合であっても転位の発生を防止することが可能なシリコンウェーハ及びその製造方法を提供することにある。
【0013】
また、本発明の他の目的は、このようなシリコンウェーハを用いた半導体デバイスの製造方法であって、LSA処理時に転位を発生させることのない半導体デバイスの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0014】
本発明者らは、窒素やボロンが高濃度にドープされたエピタキシャルウェーハに対してLSA処理を行った場合、どのような条件を満たせば酸素析出物を起点とした転位が発生するのか鋭意研究を重ねた。その結果、酸素析出物を起点とした転位が発生するか否かは、LSA処理における最高到達温度と板状酸素析出物のサイズとの関係に強く依存することが判明した。また、デバイスプロセスに投入される前に、シリコンウェーハに対してあらかじめ所定の熱処理を施しておけば、デバイスプロセス中に板状酸素析出物が形成されにくくなり、その結果、デバイスプロセスにおいて板状酸素析出物が形成されたとしても、その平均サイズを大幅に抑制できることも判明した。本発明は、このような技術的知見に基づきなされたものである。
【0015】
すなわち、本発明によるシリコンウェーハは、窒素濃度が1×1012atoms/cm以上、又は、ボロンドープによって比抵抗が20mΩ・cm以下に設定されたウェーハ本体と、前記ウェーハ本体の表面に設けられたエピタキシャル層とを備え、前記ウェーハ本体は、750℃で4時間の熱処理を行った後、1000℃で4時間の熱処理を行った場合に、板状酸素析出物よりも多面体酸素析出物が優勢に成長することを特徴とする。
【0016】
本発明によれば、デバイスプロセスにおいて板状酸素析出物が形成されにくいことから、デバイスプロセスにて種々の熱履歴を経た後にLSA処理を行った場合であっても、酸素析出物を起点とした転位の発生を防止することが可能となる。ここで、750℃で4時間及び1000℃で4時間の熱処理を行った場合に板状酸素析出物よりも多面体酸素析出物の方が優勢に成長するのは、本発明によるシリコンウェーハには板状酸素析出物に成長するタイプの析出核よりも、多面体酸素析出物に成長するタイプの析出核の方が多く含まれているからである。但し、いずれのタイプの析出核がより多く含まれているかについては、熱処理によって実際に析出核を成長させない限り、現在の解析技術では解析不可能である。しかしながら、あらかじめシリコンウェーハに所定の処理を加えておけば、上記の熱処理後に板状酸素析出物よりも多面体酸素析出物を優勢に成長させることが可能である。本発明によるシリコンウェーハの製造方法は、この点を特徴とするものである。
【0017】
すなわち、本発明によるシリコンウェーハの製造方法は、窒素濃度が1×1012atoms/cm以上、又は、ボロンドープによって比抵抗が20mΩ・cm以下に設定されたウェーハ本体の表面にエピタキシャル層を形成する工程と、前記エピタキシャル層を形成した後、少なくとも800℃以上の温度領域において5℃/min以上のレートで昇温し、1050℃以上融点以下の温度で5分以上の熱処理を行う工程と、を備えることを特徴とする。
【0018】
本発明によれば、上記の熱処理を施すことにより多面体に成長するタイプの析出核がより多く形成されることから、デバイスプロセスにて種々の熱履歴を経た場合であっても、板状酸素析出物の割合は非常に少なくなる。このため、LSA処理を行った場合であっても、酸素析出物を起点とした転位の発生を防止することが可能となる。
【0019】
本発明による半導体デバイスの製造方法は、シリコンウェーハを製造するウェーハプロセスと、前記シリコンウェーハに半導体デバイスを形成するデバイスプロセスとを備える半導体デバイスの製造方法であって、前記ウェーハプロセスは、窒素濃度が1×1012atoms/cm以上、又は、ボロンドープによって比抵抗が20mΩ・cm以下に設定されたウェーハ本体の表面にエピタキシャル層を形成する工程と、前記エピタキシャル層を形成した後、少なくとも800℃以上の温度領域において5℃/min以上のレートで昇温し、1050℃以上融点以下の温度で5分以上の熱処理を行う工程と、を含み、前記デバイスプロセスは、LSA(Laser Spike Anneal)処理を行う工程を含み、前記LSA処理は、前記ウェーハ本体に含まれる板状酸素析出物の対角線長をS(nm)、最高到達温度をT(℃)とした場合、
T×S≦9×10
を満たす条件で行うことを特徴とする。
【0020】
本発明によれば、上記の条件でLSA処理を行っていることから、ウェーハ本体に板状酸素析出物が含まれている場合であっても、これを起点とした転位の発生を防止することが可能となる。ここで、板状酸素析出物の対角線長とは、ウェーハ本体に含まれる多数の板状酸素析出物の対角線長の平均値を指す。
【発明の効果】
【0021】
このように、本発明によれば、窒素やボロンが高濃度にドープされたウェーハ本体を有するエピタキシャルウェーハであって、デバイスプロセスにてLSA処理を行った場合であっても転位の発生を防止することが可能なシリコンウェーハを提供することが可能となる。
【0022】
また、本発明によれば、窒素やボロンが高濃度にドープされたウェーハ本体を有するエピタキシャルウェーハの製造方法であって、デバイスプロセスにてLSA処理を行った場合であっても転位の発生を防止することが可能なシリコンウェーハの製造方法を提供することが可能となる。
【0023】
さらに、本発明によれば、窒素やボロンが高濃度にドープされたエピタキシャルウェーハを用いた半導体デバイスの製造方法であって、LSA処理によって転位を発生させることのない半導体デバイスの製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】本発明の好ましい実施形態によるシリコンウェーハの構造を示す略断面図である。
【図2】板状酸素析出物の構造を説明するための略斜視図である。
【図3】多面体酸素析出物の構造を説明するための略斜視図である。
【図4】シリコンウェーハの製造方法(ウェーハプロセス)を説明するためのフローチャートである。
【図5】デバイスプロセスの一部を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【0026】
図1は、本発明の好ましい実施形態によるシリコンウェーハ10の構造を示す略断面図である。
【0027】
図1に示すように、本実施形態によるシリコンウェーハ10は、ウェーハ本体11とその表面に形成されたエピタキシャル層12によって構成されている。ウェーハ本体11は、チョクラルスキー法によって育成された単結晶シリコンであり、シリコンウェーハ10の機械的強度を確保する役割を果たすとともに、重金属のゲッタリング源としての役割を果たす。ウェーハ本体11の厚さについては、機械的強度が確保される限り特に限定されないが、例えば725μm程度である。
【0028】
ウェーハ本体11には窒素又はボロンがドープされている。ウェーハ本体11にドープされているのが窒素である場合、その濃度は1×1012atoms/cm以上である必要がある。一方、ウェーハ本体11にドープされているのがボロンである場合、ボロンドープによってウェーハ本体11の比抵抗が20mΩ・cm以下に設定されている必要がある。これは、窒素又はボロンを上記の濃度でドープすることにより、ウェーハ本体11に十分なゲッタリング能力を与えるためである。窒素又はボロンの濃度の上限については特に限定されないが、窒素については5×1014atoms/cm以下、ボロンについては比抵抗に換算して3mΩ・cm以上に設定することが好ましい。これは、窒素の濃度が5×1014atoms/cmを超えると、単結晶育成時に有転位化しやすいからである。また、ボロンによる比抵抗が3mΩ・cm未満であると、成長するエピタキシャル膜との格子不整によりミスフィット転位が発生しやすいからである。
【0029】
また、ウェーハ本体11の初期酸素濃度は、7×1017atoms/cm以上2.4×1018atoms/cm以下であることが好ましい。これは、酸素濃度が7×1017atoms/cm未満であるとNiなどの重金属のゲッタリングに必要な酸素析出物の形成密度が不十分となるおそれがあるからであり、酸素濃度が2.4×1018atoms/cm超であると欠陥のないエピタキシャル層12を形成することが困難となるからである。但し、本発明においては、窒素ドープ又はボロンドープによって酸素析出物の形成が促進されることから、熱処理によって酸素析出物が形成される限り、ウェーハ本体11の初期酸素濃度は7×1017atoms/cm未満であっても構わない。尚、本明細書で記載する酸素濃度は全てASTM F−121(1979)に規格されたフーリエ変換赤外分光光度法(FT−IR)による測定値である。
【0030】
このように、ウェーハ本体11には高濃度の窒素又はボロンがドープされていることから、ウェーハ本体11にはMOSトランジスタなどの半導体デバイスを直接形成することはできない。MOSトランジスタなどの半導体デバイスは、ウェーハ本体11上のエピタキシャル層12に形成される。エピタキシャル層12の比抵抗は、通常、ウェーハ本体11の比抵抗よりも高く設定される。エピタキシャル層12の膜厚については特に限定されず、1μm以上、10μm以下程度に設定すればよい。
【0031】
このような構成を有するシリコンウェーハ10は、750℃で4時間の熱処理を行った後、さらに1000℃で4時間の熱処理を行った場合に、ウェーハ本体11に板状酸素析出物よりも多面体酸素析出物が優勢に成長する。板状酸素析出物とは、主に図2に示す構造を有する酸素析出物であり、その主面21は[100]面、[010]面又は[001]面に沿っている。板状酸素析出物のサイズは対角線長Sによって定義される。一方、多面体酸素析出物とは、主に図3に示す構造を有する正八面体の酸素析出物であり、その各表面22は[111]面に沿っている。多面体酸素析出物のサイズは一辺の長さSによって定義される。
【0032】
図4は、本実施形態によるシリコンウェーハ10の製造方法(ウェーハプロセス)を説明するためのフローチャートである。
【0033】
図4に示すように、まずシリコン単結晶インゴットから切り出されたウェーハ本体11を用意し(ステップS11)、その表面を鏡面研磨する(ステップS12)。シリコン単結晶インゴットはチョクラルスキー法によって育成され、これによりウェーハ本体11には石英ルツボより溶出した酸素が過飽和に含まれる。次に、鏡面研磨されたウェーハ本体11の表面に、エピタキシャル層12を形成する(ステップS13)。
【0034】
その後、熱処理を行うことによって、多面体酸素析出物に成長するタイプの析出核を形成する(ステップS14)。熱処理は、少なくとも800℃以上の温度領域において5℃/min以上のレートで昇温し、1050℃以上融点以下の温度で5分以上保持することにより行う。これにより、ウェーハ本体11に含まれる酸素が析出核を形成するのであるが、析出核の形成時における温度が1050℃未満であると板状酸素析出物に成長するタイプの析出核が優勢に形成されるのに対し、上記の温度範囲で析出核の形成を行えば、多面体酸素析出物に成長するタイプの析出核が優勢に形成される。但し、いずれのタイプの析出核であるのかは、実際に析出核を成長させない限り、現在の技術では判別不可能である。
【0035】
ここで、1050℃以上融点以下に保持する時間を5分以上としているのは、保持時間が5分未満であると多面体酸素析出物に成長するタイプの析出核が十分に形成されないからである。また、保持時間は、2時間以下とすることが好ましい。これは2時間を超えて熱処理を行ってもその以上効果が向上しないため、保持時間が2時間超であるとウェーハの製造コストが大幅に増大するからである。
【0036】
また、800℃以上の温度領域における昇温レートを5℃/min以上としているのは、板状酸素析出物に成長するタイプの析出核が優勢に形成される温度領域である800℃以上1050℃未満の温度領域の通過時間を短くする必要があるからである。つまり、800℃以上の温度領域における昇温レートが5℃/min未満であると、保持温度(1050℃以上融点以下)に達した際には既に板状酸素析出物に成長するタイプの析出核が多量に形成されてしまい、その後1050℃以上融点以下に保持しても、多面体酸素析出物に成長するタイプの析出核が優勢とはならないからである。昇温レートの上限については特に限定されないが、10℃/min以下とすることが好ましい。これは、10℃/minを超えるレートで昇温すると、ウェーハの面内温度差に起因する熱応力の増大によって、スリップ転位の発生が顕著になるおそれがあるからである。昇温レートを5℃/min以上に設定する温度領域は、少なくとも800℃であれば特に限定されないが、700℃以上の温度領域で昇温レートを5℃/min以上に設定することが好ましい。これによれば、板状酸素析出物に成長するタイプの析出核の形成をより効果的に防止することが可能となる。
【0037】
以上により、本実施形態によるシリコンウェーハ10が完成する。このようなウェーハプロセスによって作製されたシリコンウェーハ10は、エピタキシャル層12に半導体デバイスを形成するデバイスプロセスに投入される。
【0038】
図5は、デバイスプロセスの一部を示すフローチャートである。
【0039】
デバイスプロセスには、製造すべき半導体デバイスの種類(ロジック系デバイス、メモリ系デバイスなど)に応じて様々な工程が含まれるが、図5に示すように、析出核が成長しうる温度に昇温される熱処理工程(ステップS21)と、LSA処理工程(ステップS22)が含まれることがある。ステップS21に示す熱処理工程としては、例えば850℃で30分、900℃で30分、1000℃で100分、950℃で30分の熱処理をこの順に行う例が挙げられる。この場合、ステップS21に示す熱処理工程によってウェーハ本体11に含まれる析出核が酸素析出物に成長する。形成される酸素析出物としては、板状酸素析出物及び多面体酸素析出物が含まれるが、本実施形態によるシリコンウェーハ10は、ウェーハプロセスにおいて図4に示した熱処理工程(ステップS14)が施されており、多面体酸素析出物に成長するタイプの析出核が優勢であることから、ステップS21に示す熱処理工程によって形成される酸素析出物は、多面体酸素析出物が優勢となる。同じ体積で比較した場合、多面体酸素析出物は板状酸素析出物よりも応力が小さいため、転位発生の起点とはなりにくい。
【0040】
このような熱処理工程(ステップS21)によって多面体酸素析出物が形成された後、LSA処理(ステップS22)を行うと、ウェーハ本体11には強い熱応力が加わるため、酸素析出物を起点として転位を発生することがある。LSA処理は、シリコンウェーハ10を400℃〜600℃程度の温度に初期過熱した状態で、数mm程度のビーム径を有するレーザ光によってシリコンウェーハ10のエピタキシャル層12をスキャンすることにより行う。これにより、レーザ光が照射された領域はミリ秒又はそれ以下のオーダーで1000℃以上、融点以下の温度に達するため、急峻な不純物プロファイルを得ることが可能となる。
【0041】
LSA処理においては、ウェーハ本体11には深さ方向及び面内方向に強い熱応力が加わる。しかしながら、本実施形態では、ステップS21に示す熱処理工程によって形成される酸素析出物は多面体酸素析出物が優勢であることから、LSA処理による強い熱応力が加わっても、これを起点として転位が発生することはない。もちろん、ウェーハ本体11には板状酸素析出物もある程度は含まれ得るが、板状酸素析出物に成長するタイプの析出核は相対的に少ないことから、板状酸素析出物が形成されたとしてもそのサイズは小さく、且つ、形成密度も十分に低くなる。
【0042】
ウェーハ本体11に板状酸素析出物が含まれている場合であっても、LSA処理における条件を所定の範囲に設定すれば、板状酸素析出物を起点とした転位の発生を防止することができる。具体的には、ウェーハ本体11に含まれる板状酸素析出物の対角線長をS(nm)、最高到達温度をT(℃)とした場合、
T×S≦9×10
を満たす条件でLSA処理を行えば、板状酸素析出物を起点とした転位の発生はほとんど起こらない。上記の式が示す値(=9×10)がしきい値となる理由については明らかではないが、追って説明する多くの実験データによって裏付けられている。
【0043】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【実施例】
【0044】
[実施例1]
格子間酸素濃度が12.5×1017atoms/cmである直径300mmのポリッシュウェーハを複数枚準備した。これらウェーハに種々の熱処理を施し、サイズ及び形態の互いに異なる酸素析出物を形成した。析出物のサイズ及び形態は、同じ熱処理を施した別サンプルを透過電子顕微鏡(TEM)にて測定、観察することにより特定した。析出物のサイズ及び形態は、表1に示すとおりである。
【0045】
次に、析出物が形成された各ウェーハにLSA処理を実施した。サンプルごとのウェーハ表面における最高到達温度は、表1に示すとおりである。そして、LSA処理後、X線トポグラフィー装置を用いて、転位発生の有無を調べた。
【0046】
その結果、表1に示すように、酸素析出物の形態が板状であるサンプル1〜24については、T×Sで与えられる値が9×10以下であれば転位が発生しなかったが、T×Sで与えられる値が9×10を超えているサンプル6,12,17,18,23,24については転位が発生していた。これにより、
T×S≦9×10
を満たす条件でLSA処理を行えば、板状酸素析出物を起点とした転位の発生が生じないことが実証された。
【0047】
一方、酸素析出物の形態が多面体であるサンプル25〜33については、T×Sの値に関わらず、転位が発生することはなかった。
【0048】
【表1】

【0049】
[実施例2]
窒素ドープされたウェーハ本体にエピタキシャル層が形成された300mmのエピタキシャルウェーハと、ボロンドープされたウェーハ本体にエピタキシャル層が形成された300mmのエピタキシャルウェーハを準備した。ドープ量は表2に示すとおりである。また、各サンプルにおけるウェーハ本体の格子間酸素濃度は11.5〜13.6×1017atoms/cmである。
【0050】
これらのエピタキシャルウェーハを700℃に保持された縦型炉に挿入し、所定のレートで所定の温度まで昇温した後、所定の時間保持した。サンプルごとの昇温レート、保持温度及び保持時間は、表2に示すとおりである。かかる熱処理を行った後、3℃/minの降温レートで700℃まで降温し、ウェーハを取り出した。これにより、ウェーハ本体に析出核を形成した。但し、サンプル34,41については上記の熱処理を省略した。
【0051】
次に、各サンプルに対して850℃で30分、900℃で30分、1000℃で100分、950℃で30分の熱処理を行うことにより析出核を成長させた。かかる熱処理は、先端ロジック系デバイスの製造プロセスにて印加される熱処理を模したものである。
【0052】
そして、各サンプルに対して、
T×S>9×10
となる条件でLSA処理を行った。そして、LSA処理後、透過電子顕微鏡(TEM)を用いて酸素析出物の形態を観察するとともに、X線トポグラフィー装置を用いて転位発生の有無を調べた。
【0053】
その結果、表2に示すように、析出核を形成するための熱処理を省略したサンプル34,41と、析出核を形成するための熱処理において昇温レートを5℃/min未満としたサンプル35,42については、酸素析出物の形態が板状であり、LSA処理によって転位が発生したことが確認された。これに対し、昇温レートが5℃/min以上である他のサンプルについては、酸素析出物の形態が多面体であり、LSA処理を行っても転位が発生しないことが確認された。これにより、析出核を形成するための熱処理における昇温レートを5℃/min以上とすれば、多面体酸素析出物が優勢となることが実証された。
【0054】
【表2】

【0055】
[実施例3]
窒素ドープされたウェーハ本体にエピタキシャル層が形成された300mmのエピタキシャルウェーハと、ボロンドープされたウェーハ本体にエピタキシャル層が形成された300mmのエピタキシャルウェーハを準備した。ドープ量は表3に示すとおりである。また、各サンプルにおけるウェーハ本体の格子間酸素濃度は11.5〜13.6×1017atoms/cmである。
【0056】
これらのエピタキシャルウェーハを700℃に保持された縦型炉に挿入し、5℃/minのレートで所定の温度まで昇温した後、5分間保持した。サンプルごとの保持温度は、表3に示すとおりである。かかる熱処理を行った後、3℃/minの降温レートで700℃まで降温し、ウェーハを取り出した。これにより、ウェーハ本体に析出核を形成した。
【0057】
次に、各サンプルに対して850℃で30分、900℃で30分、1000℃で100分、950℃で30分の熱処理を行うことにより析出核を成長させた。
【0058】
そして、各サンプルに対して、
T×S>9×10
となる条件でLSA処理を行った。そして、LSA処理後、透過電子顕微鏡(TEM)を用いて酸素析出物の形態を観察するとともに、X線トポグラフィー装置を用いて転位発生の有無を調べた。
【0059】
その結果、表3に示すように、保持温度が1050℃未満であるサンプル46,47,50,51については、酸素析出物の形態が板状であり、LSA処理によって転位が発生したことが確認された。これに対し、保持温度が1050℃以上であるサンプル48,49,52,53については、酸素析出物の形態が多面体であり、LSA処理を行っても転位が発生しないことが確認された。これにより、析出核を形成するための熱処理における保持温度を1050℃以上とすれば、多面体酸素析出物が優勢となることが実証された。
【0060】
【表3】

【0061】
[実施例4]
窒素ドープされたウェーハ本体にエピタキシャル層が形成された300mmのエピタキシャルウェーハと、ボロンドープされたウェーハ本体にエピタキシャル層が形成された300mmのエピタキシャルウェーハを準備した。ドープ量は表4に示すとおりである。また、各サンプルにおけるウェーハ本体の格子間酸素濃度は11.5〜13.6×1017atoms/cmである。
【0062】
これらのエピタキシャルウェーハを700℃に保持された縦型炉に挿入し、5℃/minのレートで1050℃まで昇温した後、所定の時間保持した。サンプルごとの保持時間は、表4に示すとおりである。かかる熱処理を行った後、3℃/minの降温レートで700℃まで降温し、ウェーハを取り出した。これにより、ウェーハ本体に析出核を形成した。
【0063】
次に、各サンプルに対して850℃で30分、900℃で30分、1000℃で100分、950℃で30分の熱処理を行うことにより析出核を成長させた。
【0064】
そして、各サンプルに対して、
T×S>9×10
となる条件でLSA処理を行った。そして、LSA処理後、透過電子顕微鏡(TEM)を用いて酸素析出物の形態を観察するとともに、X線トポグラフィー装置を用いて転位発生の有無を調べた。
【0065】
その結果、表4に示すように、保持時間が5分未満であるサンプル54,55,58,59については、酸素析出物の形態が板状であり、LSA処理によって転位が発生したことが確認された。これに対し、保持時間が5分以上であるサンプル56,57,60,61については、酸素析出物の形態が多面体であり、LSA処理を行っても転位が発生しないことが確認された。これにより、析出核を形成するための熱処理における保持時間を5分以上とすれば、多面体酸素析出物が優勢となることが実証された。
【0066】
【表4】

【0067】
[実施例5]
窒素ドープされたウェーハ本体にエピタキシャル層が形成された300mmのエピタキシャルウェーハと、ボロンドープされたウェーハ本体にエピタキシャル層が形成された300mmのエピタキシャルウェーハを準備した。ドープ量はサンプルごとに異なる値とした。また、各サンプルにおけるウェーハ本体の格子間酸素濃度は11.5〜13.6×1017atoms/cmである。
【0068】
これらのサンプルに対して850℃で30分、900℃で30分、1000℃で100分、950℃で30分の熱処理を行うことにより析出核を成長させた。本実施例では、析出核の成長前に熱処理は行わなかった。
【0069】
そして、各サンプルに対して、
T×S>9×10
となる条件でLSA処理を行った。そして、LSA処理後、透過電子顕微鏡(TEM)を用いて酸素析出物の形態を観察するとともに、X線トポグラフィー装置を用いて転位発生の有無を調べた。
【0070】
その結果、窒素濃度が1×1012atoms/cm未満であるサンプルや、ボロンドープによる比抵抗が20mΩ・cm超であるサンプルについては、酸素析出物の形態が板状であるにもかかわらず、LSA処理を行っても転位が発生しなかった。これに対し、窒素濃度が1×1012atoms/cm以上であるサンプルや、ボロンドープによる比抵抗が20mΩ・cm以下であるサンプルについては、LSA処理によって転位が発生した。これにより、LSA処理によって転位が発生するのは、窒素濃度が1×1012atoms/cm以上、又は、ボロンドープによる比抵抗が20mΩ・cm以下のシリコンウェーハであり、窒素濃度が1×1012atoms/cm未満、又は、ボロンドープによる比抵抗が20mΩ・cm超のシリコンウェーハであれば、LSA処理を行っても転位が発生しないことが実証された。
【符号の説明】
【0071】
10 シリコンウェーハ
11 ウェーハ本体
12 エピタキシャル層
21 板状酸素析出物の主面
22 多面体酸素析出物の表面

【特許請求の範囲】
【請求項1】
窒素濃度が1×1012atoms/cm以上、又は、ボロンドープによって比抵抗が20mΩ・cm以下に設定されたウェーハ本体と、前記ウェーハ本体の表面に設けられたエピタキシャル層とを備え、
前記ウェーハ本体は、750℃で4時間の熱処理を行った後、1000℃で4時間の熱処理を行った場合に、板状酸素析出物よりも多面体酸素析出物が優勢に成長することを特徴とするシリコンウェーハ。
【請求項2】
前記シリコンウェーハはLSA(Laser Spike Anneal)処理を含むデバイスプロセスに供せられるシリコンウェーハであって、
前記LSA処理時において前記ウェーハ本体に含まれる板状酸素析出物の対角線長をS(nm)、前記LSA処理における最高到達温度をT(℃)とした場合、
T×S≦9×10
を満たすことを特徴とする請求項1に記載のシリコンウェーハ。
【請求項3】
窒素濃度が1×1012atoms/cm以上、又は、ボロンドープによって比抵抗が20mΩ・cm以下に設定されたウェーハ本体の表面にエピタキシャル層を形成する工程と、
前記エピタキシャル層を形成した後、少なくとも800℃以上の温度領域において5℃/min以上のレートで昇温し、1050℃以上融点以下の温度で5分以上の熱処理を行う工程と、を備えることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
【請求項4】
前記シリコンウェーハはLSA(Laser Spike Anneal)処理を含むデバイスプロセスに供せられるシリコンウェーハであって、
前記LSA処理時において前記ウェーハ本体に含まれる板状酸素析出物の対角線長をS(nm)、前記LSA処理における最高到達温度をT(℃)とした場合、
T×S≦9×10
を満たすことを特徴とする請求項3に記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項5】
シリコンウェーハを製造するウェーハプロセスと、前記シリコンウェーハに半導体デバイスを形成するデバイスプロセスとを備える半導体デバイスの製造方法であって、
前記ウェーハプロセスは、
窒素濃度が1×1012atoms/cm以上、又は、ボロンドープによって比抵抗が20mΩ・cm以下に設定されたウェーハ本体の表面にエピタキシャル層を形成する工程と、
前記エピタキシャル層を形成した後、少なくとも800℃以上の温度領域において5℃/min以上のレートで昇温し、1050℃以上融点以下の温度で5分以上の熱処理を行う工程と、を含み、
前記デバイスプロセスは、LSA(Laser Spike Anneal)処理を行う工程を含み、
前記LSA処理は、前記ウェーハ本体に含まれる板状酸素析出物の対角線長をS(nm)、最高到達温度をT(℃)とした場合、
T×S≦9×10
を満たす条件で行うことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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